(57)【要約】【課題】  従来に比べて電縫溶接部の品質が格段に優れたＣｒを含有する電縫鋼管およびその製造方法を提供する。【解決手段】  Ｃｒを含有する電縫鋼管の電縫溶接後の接合界面に存在する介在物の占有面積率の合計が０．０５％以下であり、個々の介在物の占有面積が０．０１ｍｍ２以下であり、かつ、介在物の数密度が１ｍｍ２あたり０．１個以下であるＣｒを含有する電縫鋼管。この鋼管は電縫溶接時の溶接点近傍に１４００℃以上の還元性高温燃焼炎、または還元性プラズマを吹き付けることにより製造できる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する電縫鋼管の電縫溶接部の接合界面に存在する介在物の占有面積率の合計が０．０５％以下であり、個々の前記介在物の占有面積が０．０１ｍｍ２以下であり、かつ、前記介在物の数密度が接合界面１ｍｍ２あたり０．１個以下であることを特徴とするＣｒを含有する電縫鋼管。
【請求項２】
前記電縫鋼管が、質量％で９〜１５％のＣｒを含有するマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管であることを特徴とする請求項１記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
【請求項３】
前記電縫鋼管が、質量％で１０．５〜２５％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス電縫鋼管であることを特徴とする請求項１記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
【請求項４】
前記電縫鋼管が、質量％で１５〜３０％のＣｒおよび５〜３０％のＮｉを含有するオーステナイト系ステンレス電縫鋼管であることを特徴とする請求項１記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
【請求項５】
前記電縫鋼管が、質量％で１〜９％のＣｒを含有し、ＭｏとＷの添加量の合計が０．１〜３．０％である低合金電縫鋼管であることを特徴とする請求項１記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかの項に記載のＣｒを含有する鋼板を管状に成形加工し、その突合せ端面を電縫溶接する際に、少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離の１／５だけ離れた位置までの全範囲にわたる突合せ端面に対して、還元性雰囲気で、かつ１４００℃以上の温度を有する還元性高温燃焼炎を流速が２００ｍ／ｓ以上の条件で吹き付けることを特徴とするＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかの項に記載のＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法において、鋼板を管状に成形加工し、その突合せ端面を電縫溶接する際に、少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離の１／５だけ離れた位置までの全範囲にわたる突合せ端面に対して、非酸化性雰囲気で、かつ１４００℃以上の温度を有する非酸化性高温プラズマを流速が３０〜２３０ｍ／ｓの条件で吹き付けることを特徴とするＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記還元性高温燃焼炎は、ＣＯ：１〜５体積％、及び、Ｈ：１〜１０体積％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項６記載のＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
【請求項９】
前記非酸化性高温プラズマは、Ａｒ単独ガス、または、ＡｒとＮ２、Ｈ２及びＨｅのうちの少なくとも一種以上との混合ガスであることを特徴とする、請求項７記載のＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーム溶接部品質の優れたＣｒ含有電縫鋼管およびその製造方法に係り、さらに詳しくは、例えば、自動車排気系部材、発電プラント、化学プラント、機械構造、一般配管等で高い耐食性を要求される部位に使用されるＣｒを含有する電縫鋼管とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｃｒを含有する電縫鋼管と総称した場合、これにはマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管、フェライト系ステンレス電縫鋼管、オーステナイト系ステンレス電縫鋼管およびＣｒ−Ｍｏを含有する低合金電縫鋼管に大別できる。
マルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管は、炭素鋼鋼管に比べて耐食性が高く、容易に高強度化が可能であり、また、オーステナイト系ステンレス鋼管に比べて安価であることから、高い耐食性や強度を要求される部位に広く使用されている。例えば、石油・天然ガスの輸送で湿潤炭酸ガスや湿潤硫化水素を含むような過酷な腐食環境で用いられるラインパイプや、火力発電ボイラの主蒸気配管のような高温での高いクリープ強度と耐酸化性が要求される環境で用いられるボイラ鋼管等が挙げられる。
フェライト系ステンレス電縫鋼管は、オーステナイト系ステンレス鋼管に比べて強度、加工性、溶接性等は劣るものの、耐酸化性、耐応力腐食割れ性、耐熱疲労特性等に優れ、しかも安価であることから、高い耐食性を要求される部位に広く使用されている。例えば、自動車排気系のパイプ、発電プラントの空気加熱器、給湯配管等が挙げられる。
オーステナイト系ステンレス電縫鋼管は、フェライト系ステンレス鋼管に比べて高価であるが、高温強度、加工性、溶接性等に優れるため、発電ボイラの過熱器、化学プラント、熱交換器等に用いられる。
Ｃｒ−Ｍｏを含有する低合金電縫鋼管は、ステンレス鋼に比べて安価であり、高温強度に優れるため、発電ボイラ、化学プラント、熱交換器等に広く用いられる。
【０００３】
これらのＣｒを含有する鋼管はマンネスマン穿孔法や熱間押出法等により継ぎ目なく製造される他に、特許文献６〜１７に記載があるように、鋼板を管状に成型した後に電縫溶接することにより製造される場合もある。しかし、一般にＣｒを多量に含有する鋼の電縫溶接部にはＣｒ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｎＯ系酸化物を主体とした介在物の生成に起因する溶接欠陥を生じやすく、そのことがシーム溶接部の強度、靱性、耐食性、冷間加工性を低下させる原因となるために、電縫鋼管の使用が大きく制限される場合があった。しかしながら、電縫鋼管には継ぎ目なし鋼管に比べて、製造コストが低い、偏肉が小さい、薄肉管が製造可能、等の大きな利点があるため、シーム溶接部の品質懸念を払拭させることにより電縫鋼管が広く適用可能となることが強く望まれてきた。
【０００４】
シーム溶接部の品質を保証する基準としては、例えば、特許文献１に、Ｃｒ含有量が０．５〜３％のベイナイト鋼に対して、接合界面に存在する介在物の占有面積率を０．１％以下にする旨の記載があるが、これではシーム溶接部の品質を十分に保証することはできなかった。
【０００５】
また、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌなどの酸化物を生成しやすい成分を多く含有する鋼板を電縫溶接する際に接合界面に存在する酸化物系介在物を低減させる手法として、例えば、特許文献２、あるいは特許文献３に、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスをシールドとして電縫溶接部の雰囲気酸素濃度を低減させることにより酸化物形成を抑制する方法が提案されている。しかし、電縫溶接部の雰囲気は空気の巻き込みなどにより安定して酸素濃度を低減させることは困難であり、十分に接合界面の介在物を低減させることはできなかった。
【０００６】
その他、特許文献４に記載の、溶接部のシールドガスとして水素を１〜２０％含有する不活性ガスあるいは窒素ガスとする方法や、特許文献５に記載の、酸素濃度を０．１％以下、露点を１０℃以下、Ｈ２とＨ２Ｏの分圧比を３以下、水素濃度を４％以下に制限したシールドガスを用いる方法、といった還元性雰囲気を活用する方法が提案されている。しかし、これらの方法は機密性の高い大掛かりなシールド装置を鋼管サイズ毎に用意する必要があるため、鋼管の生産性を大きく低下させるという問題があった。
更に、本出願人は、先に、溶接部品質を向上させるために電縫鋼管の突合せ端面を電縫溶接する際に還元性高温燃焼炎或いはプラズマを高速で吹付ける技術を特許文献１８で提案している。
【特許文献１】特開２０００−２３４１４０号公報
【特許文献２】特開昭５３−５３５６２号公報
【特許文献３】特公昭５９−３３０７１号公報
【特許文献４】特開昭５３−５３５６１号公報
【特許文献５】特開平０５−２２８６５１号公報
【特許文献６】特開平０４−２６８０１８号公報
【特許文献７】特開平０６−２５７４６号公報
【特許文献８】特開平０８−３６４２号公報
【特許文献９】特公平０５−７９７４８号公報
【特許文献１０】特許２９４０６２５号公報
【特許文献１１】特許３３９７１６７号公報
【特許文献１２】特開平６−２７９９４８号公報
【特許文献１３】特公平1-14968号公報
【特許文献１４】特公平2-46652号公報
【特許文献１５】特開平7-204735号公報
【特許文献１６】特開2002-146470号公報
【特許文献１７】特開2002-167649号公報
【特許文献１８】特願2000-49729年明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みて、シーム溶接部に強度、靱性、耐食性、冷間加工性等の品質上の問題がないＣｒを含有する電縫鋼管およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために電縫鋼管のシーム溶接部に存在する酸化物系の介在物の占有面積や数密度などと溶接部品質との関係を調査した結果、以下の知見を見出すことができた。
【０００９】
まず、電縫溶接後の接合界面に存在する介在物の占有面積率を調べ、その合計が０．０５％以下であることが品質低下を防止するために最低限必要であることを見出した。しかし、それだけでは品質確保にはまだ不十分であり、溶接部品質をより確実なものとするためには、個々の介在物の占有面積を０．０１ｍｍ２以下に制限し、さらに加えて、接合界面における介在物の数密度を１ｍｍ２あたり０．１個以下に制限することが必要であることを見出した。
【００１０】
本発明者らはさらに検討をすすめ、接合界面に存在する介在物の占有面積率、占有面積および数密度を上記の制限内に収めるには、電縫溶接する際に、突き合わせ端面に１４００℃以上の還元性燃焼炎、または還元性プラズマを吹き付けることにより達せられることを見出した。
【００１１】
本発明は主に上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）Ｃｒを含有する電縫鋼管の電縫溶接部の接合界面に存在する介在物の占有面積率の合計が０．０５％以下であり、個々の前記介在物の占有面積が０．０１ｍｍ２以下であり、かつ、前記介在物の数密度が接合界面１ｍｍ２あたり０．１個以下であることを特徴とするＣｒを含有する電縫鋼管。
（２）前記電縫鋼管が、質量％で９〜１５％のＣｒを含有するマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管であることを特徴とする（１）記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
（３）前記電縫鋼管が、質量％で１０．５〜２５％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス電縫鋼管であることを特徴とする（１）記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
（４）前記電縫鋼管が、質量％で１５〜３０％のＣｒおよび５〜３０％のＮｉを含有するオーステナイト系ステンレス電縫鋼管であることを特徴とする（１）記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
（５）前記電縫鋼管が、質量％で１〜９％のＣｒを含有し、ＭｏとＷの添加量の合計が０．１〜３．０％である低合金電縫鋼管であることを特徴とする（１）記載のＣｒを含有する電縫鋼管。
（６）（１）〜（５）の何れかの項に記載のＣｒを含有する鋼板を管状に成形加工し、その突合せ端面を電縫溶接する際に、少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離の１／５だけ離れた位置までの全範囲にわたる突合せ端面に対して、還元性雰囲気で、かつ１４００℃以上の温度を有する還元性高温燃焼炎を流速が２００ｍ／ｓ以上の条件で吹き付けることを特徴とするＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
（７）（１）〜（５）のいずれかの項に記載のＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法において、鋼板を管状に成形加工し、その突合せ端面を電縫溶接する際に、少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離の１／５だけ離れた位置までの全範囲にわたる突合せ端面に対して、非酸化性雰囲気で、かつ１４００℃以上の温度を有する非酸化性高温プラズマを流速が３０〜２３０ｍ／ｓの条件で吹き付けることを特徴とするＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
（８）前記還元性高温燃焼炎は、ＣＯ：１〜５体積％、及び、Ｈ：１〜１０体積％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする（６）記載のＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
（９）前記非酸化性高温プラズマは、Ａｒ単独ガス、または、ＡｒとＮ２、Ｈ２及びＨｅのうちの少なくとも一種以上との混合ガスであることを特徴とする、（７）記載のＣｒを含有する電縫鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の適用により、従来に比べて電縫溶接部の品質が格段に優れたＣｒを含有する電縫鋼管およびその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明によるＣｒを含有する電縫鋼管鋼の化学成分、並びに、接合界面に存在する介在物の占有面積率、占有面積および数密度を限定した理由について説明する。
先ず、マルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管におけるＣｒは鋼材に耐食性を付与する元素であり、マルテンサイト組織を主体とした高Ｃｒ鋼とするための必須の元素である。質量％でのＣｒの含有量が１５％を越えると、他の合金元素を如何に調整してもマルテンサイト組織を得るのが困難となるため、添加量の上限は１５％が好ましく、また、Ｃｒの含有量が９％未満になると十分な耐食性が得られないので下限は９％が好ましい。
【００１４】
次に、フェライト系ステンレス電縫鋼管におけるＣｒは鋼材に耐食性を付与する元素であり、フェライト系ステンレス鋼とならしめるための必須の元素である。質量％でのＣｒの含有量が２５％を越えるとフェライト系ステンレス鋼としては高価になるため、添加量の上限は２５％が好ましく、また、Ｃｒの含有量が１０．５％未満になると、フェライト系ステンレス鋼としては十分な耐食性が得られないので下限は１０．５％が好ましい。
次に、オーステナイト系ステンレス電縫鋼管におけるＣｒは鋼材に耐食性を付与する元素であり、オーステナイト系ステンレス鋼とならしめるための必須の元素である。質量％でのＣｒの含有量が３０％を越えるとオーステナイト系ステンレス鋼としては高価になるため、添加量の上限は３０％が好ましく、また、Ｃｒの含有量が１５％未満になると、オーステナイト系ステンレス鋼としては十分な耐食性が得られないので下限は１５％が好ましい。また、Ｎｉはオーステナイト組織とするために必須の元素である。質量％でのＮｉの含有量が３０％を越えると高価になるため、添加量の上限は３０％が好ましく、また、Ｎｉの含有量が５％未満になると、オーステナイト組織が得られないので下限は５％が好ましい。
次に、Ｃｒ−Ｍｏを含有する低合金電縫鋼管におけるＣｒ、ＭｏおよびＷはいずれも鋼材に高温強度を付与する元素である。Ｃｒの含有量が９％を越えると上記マルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管の範疇に入り、また、Ｃｒの含有量が１未満になると、電縫溶接部の品質に優れる電縫鋼管の製造が困難なくなされているために、下限は１％とした。また、ＭｏとＷの含有量の合計が３．０％を越えると低合金電縫鋼管としては高価になるため、添加量の上限は３．０％が好ましく、また、ＭｏとＷの含有量の合計が０．５％未満になると、十分な高温強度が得られないので下限は１５％が好ましい。
【００１５】
接合界面に存在する介在物は、電縫溶接部の強度、靱性、耐食性および冷間加工性を低下させる。本発明の範囲でＣｒを含有する鋼の場合、この介在物はＣｒ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｎＯを主体とする酸化物である場合が多い。一般的には接合界面に存在する全ての介在物の占有面積率が０．１％以下であれば電縫溶接部の品質低下は顕在化しないと言われている。しかしながら、本発明におけるＣｒを含有する電縫鋼管、特にマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管、フェライト系ステンレス電縫鋼管、オーステナイト系ステンレス電縫鋼管および低合金電縫鋼管においては、表３に示す本発明者らによる調査結果では、それが０．０７％でも靱性が低くなった例があったために（表３、Ｎｏ．１１）、本発明ではさらに厳しく０．０５％以下に設定した。
【００１６】
さらに、接合界面に介在物が複数存在する場合に、その中で最大の介在物の占有面積が０．０１ｍｍ２を越えると、たとえ合計の占有面積率が０．０５％以下であっても靱性が著しく低下したために（表３、Ｎｏ．９）、介在物の占有面積の上限を０．０１ｍｍ２に設定した。
【００１７】
また、たとえ個々の介在物の大きさが十分小さく、さらに合計の占有面積率が０．０５％以下であっても（表３、Ｎｏ．１０）、接合界面における介在物の数密度が１ｍｍ２あたり０．１個を越えるとやはり靱性が著しく低下したために、接合界面における介在物の数密度の上限を接合界面１ｍｍ２あたり０．１個以下に制限した。
【００１８】
ここで、本発明において限定した接合界面に存在する介在物の占有面積率、占有面積および数密度を測定する方法について説明する。なお、本発明における介在物とは主にＣｒ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｎＯを主体とする酸化物であるが、その他に、窒化物、硫化物、金属間化合物等の母相金属とは実質上異なる化合物を全て含むものとする。
【００１９】
まず、電縫溶接部からＪＩＳＺ２２０２「金属材料衝撃試験片」に準拠したＶノッチ試験片を、ノッチ位置が接合界面部に一致するように製作し、１６０℃でシャルピー衝撃試験を行う。次に、試験後の試験片の破面全体をデジタルカメラにて接写し、５〜２５倍に拡大した画像をコンピューター上で画像処理して、接合界面に存在する個々の介在物の占有面積および介在物の個数を求める。これに続いて、この個々の介在物の占有面積の合計および介在物の個数を試験前のシャルピー試験片のノッチ下の垂直断面積に除して、それぞれ、介在物の占有面積率および数密度を算出する。この際、実態顕微鏡で５〜２５倍に拡大して観察し、デジタルカメラを用いて得た画像と比較することにより、介在物の判別を行う。従って、このような方法で識別可能な介在物の占有面積は０．００１ｍｍ２以上であり、それより小さい占有面積の介在物は、もし存在したとしても、本発明ではその占有面積および個数をゼロとみなすことにする。また、接合界面に存在する個々の介在物の個数の測定に用いる試験片の数は１０個以上とし、それぞれ試験片から求めた測定値の単純平均値を算出し、接合界面に存在する介在物の占有面積率、占有面積および数密度とする。
【００２０】
本発明における接合界面とは、実質的に上記シャルピー試験片の破面を意味し、介在物の占有面積とは、破面を真上から２次元的に観察した際に、破面上に存在する介在物が見える領域の面積のことである。また、介在物の占有面積率とは、接合界面に存在する全ての介在物の占有面積の合計を、試験前のシャルピー試験片のノッチ部における試験片垂直断面の面積で除して１００を乗じた値である。
【００２１】
なお、本発明での接合界面に存在する介在物の占有面積率、占有面積および密度の限定範囲は、特に本発明の範囲のＣｒ含有量に限って有効であることが保証されるものであるが、その効果は金属組織には依存しない。
従って、請求項２〜５に記載のＣｒ添加量はそれぞれに記載の金属組織を容易に得ることが可能であることを主眼に決定されたものではあるが、それぞれに記載の金属組織を主体としつつ、一部に他の金属組織が混在した場合でも、本発明に含まれる。但し、他の金属組織の混在比率は、体積％で５％以下としたほうがよい。
【００２２】
次に、本発明のＣｒを含有する電縫鋼管を製造する方法について説明する。
【００２３】
上記の、電縫溶接部品質を低下させる原因となる、接合界面に存在する介在物は、電縫溶接時に加熱された接合端面が大気に曝されることにより形成した端面上の酸化物が、接合時のアップセットによっても排出されずに残留したために生じたものである。従って、まさに電縫溶接する時において、接合端面での酸化物の生成を抑制することが、電縫溶接後の接合界面に存在する介在物の大きさと数を低減するための有力な手段となる。
【００２４】
そのために、本発明では電縫溶接する際に、少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離の１／５だけ離れた位置までの全範囲にわたる突合せ端面に対して、還元性雰囲気でかつ１４００℃以上の温度を有する還元性高温燃焼炎を流速が２００ｍ／ｓ以上の条件で、あるいは、非酸化性雰囲気でかつ１４００℃以上の温度を有する非酸化性高温プラズマを流速が３０〜２３０ｍ／ｓの条件で吹き付けるのであるが、その理由は、接合端面を１４００℃以上の還元性雰囲気あるいは非酸化性雰囲気での吹きつけにより、電縫溶接時の突合せ端面の表面における酸化反応が抑制されて酸化物が減少すると共に、酸化物の突合せ端面からの排出が促進されるからである。
【００２５】
また、還元性燃焼炎または非酸化性高温プラズマを用いる理由は、燃焼炎またはプラズマ流体を用いることにより、接合端面に剪断力が付与されるために、高温還元雰囲気あるいは高温非酸化性雰囲気においてもなお存在する酸化物を物理的に吹き飛ばすことにより端面から排出する作用があるからである。
【００２６】
還元性雰囲気または非酸化性雰囲気の範囲を、少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離の１／５だけ離れた位置までの全範囲にわたる突き合わせ端面とした理由は、この範囲は電縫溶接時において通常８００℃以上の温度になることが確認されており、接合端面が顕著に酸化されやすいからである。
【００２７】
雰囲気温度を１４００℃以上にした理由は、突合せ端面の表面における酸化反応を抑制しつつ、既に生成していた酸化物を高温状態で突合せ端面から排出させる作用を促進し、酸化物に起因する溶接欠陥を充分抑制するためと、接合端面の融点より大幅に低い温度の燃焼炎あるいはプラズマを吹き付けると、端面の温度上昇が抑制されて十分に溶融できなくなるために冷接欠陥が発生するからである。
【００２８】
なお、雰囲気温度の上限は特に限定する必要がなく、温度が高いほど既に生成していた酸化物を高温状態で突合せ端面から排出させる作用は促進するため、溶接欠陥を低減するために好ましいが、還元性高温燃焼炎では３０００℃、非酸化性高温プラズマでは１００００℃が理論上実現し得る上限温度となる。
【００２９】
本発明において、還元性高温燃焼炎および、非酸化性高温プラズマによる酸化物の還元をより安定して確実に行うために、本発明では、還元性高温燃焼炎および、非酸化性高温プラズマの最適な生成条件を各々規定した。
【００３０】
まず還元性高温燃焼炎に関しては、下記（１）式
ＣｘＨyＭ＋（１／２）ｚＯ２→ＣＯ２＋（１／２）ｙＨ２Ｏ＋Ｍ+ηＣＯ＋ξＨ・・・（１）
（但し、M：燃焼中のCおよびH以外のその他成分）
に示す燃焼反応によって形成されるが、ここで還元性環境の場合にはη＞０、ξ＞０となるが、そのためにはｚ＜４ｘ＋ｙ、ｘ＞０、ｙ＞０，ｚ＞０の条件が必要となる。
【００３１】
また、その際に、ＣＯ：１〜５体積％、および、Ｈ２：１〜１０体積％のうち１種または２種を含有することに限定した理由は、ＣＯあるいはＨが１体積％未満の場合には還元性が低すぎて接合界面の酸化物を十分に還元することができないからであり、ＣＯが５体積％を越える、あるいはＨが１０体積％を越える場合には、（１）式の燃焼反応で生成するＨ２ガス濃度が爆発限界を越える懸念が生じるためである。
【００３２】
また、非酸化性高温プラズマは、Ａｒ単独ガス、または、Ａｒを主ガスとし、さらにプラズマの熱伝導、エンタルピー、熱伝達係数を上げるためにＮ２、Ｈ２及びＨｅのうちの少なくと一種以上を添加した混合ガスを用いる必要がある。
Ａｒの主ガス中のＨ２は、突合せ端面における酸化反応を抑制する作用を有し、この作用を十分に得るためにはＨ２の含有量を５体積％以上とするのが好ましい。その含有量の上限は特に限定する必要はないが、通常、４０％を超えるとプラズマが不安定になるためその上限は４０％とするのが好ましい。
Ａｒの主ガス中のＮ２及びＨｅは、プラズマの熱伝導、熱伝達係数を向上させ鋼板端面の加熱能力を高めるためにそれぞれを２０体積％以上または１０体積％以上添加するのが好ましい。それらの含有量の上限は特に限定する必要はないが、通常、何れも５０％を超えるとプラズマが不安定になるためその上限は何れも５０％とするのが好ましい。
【００３３】
さらに、還元性高温燃焼炎および非酸化性高温プラズマ流体による剪断力を利用した酸化物の吹き飛ばし効果を確実なものとするために、還元性高温燃焼炎の場合には流速を２００ｍ／ｓ以上とする必要がある。流速の上限は特に規定する必要はないが、６００ｍ／ｓを超えると、電縫溶接時の溶融金属からスパッタの発生が顕著になるため、その上限を６００ｍ／ｓとするのがより好ましい。
一方、非酸化性高温プラズマの場合には、流速を増大しすぎると、突合せ端面周囲の空気の巻き込みが大きくなって非酸化性雰囲気を確保して酸化反応を抑制することが困難となり、さらには、溶融金属のスパッタ発生が顕著となって飛散した溶融金属の酸化物による溶接部欠陥が増加するために、流速の上限を２３０ｍ／ｓとする必要がある。一方、突合せ端面の非酸化性雰囲気を維持させるとともに、酸化物発生の要因となる冷却水を排除するために、流速の下限は３０ｍ／ｓとする必要がある。
【００３４】
上記還元性高温燃焼炎は、例えば工業的に広く用いられているＨＶＯＦ装置を用いて生成することができ、非酸化性高温プラズマは、例えば溶射用の直流プラズマ、高周波プラズマ、あるいはハイブリッドプラズマ装置を用いて生成することができるが、本発明においては、その生成方法をとくに限定していない。
【００３５】
本発明における電縫溶接は、通電加熱による方法と誘導加熱による方法のいずれの場合も採用できる。
【００３６】
電縫鋼管では電縫溶接後にシーム溶接部の材質を母材と同等のものにするために、シーム溶接部およびその熱影響部だけを局所的に熱処理する、あるいは、管体全体を熱処理する場合がある。本発明では電縫溶接後のシーム溶接部の材質向上を目的として、熱処理等を施してもよい。
【００３７】
本発明において、マルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管を得る場合には、必要とされる特性を得るためにＣｒ：９〜１５％の外に以下の元素を必要量添加することが可能である。
Ｃの添加はクロム炭化物の生成が懸念されるので０．２％を上限とした方がよい。Ｓｉは耐酸化性を向上させるので、Ｓｉ：０．０５〜１％、添加が可能である。Ｎｉ、Ｃｕは耐食性を向上させ、また、マルテンサイト組織が得易くなるので、それぞれ、Ｎｉ：０．５〜５％、Ｃｕ：０．２〜３％、添加することが可能である。Ｍｎはマルテンサイト組織が得易くなるので０．５〜３％、添加することが可能である。Ｍｏは耐食性を向上させ、また、高温強度を向上させるので、Ｍｏ：０．２〜３％添加することが可能である。Ｗ、Ｎｂ及びＶは高温強度を向上させるので、それぞれ、Ｗ：０．２〜３％、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５％、添加することが可能である。
また、本発明において、フェライト系ステンレス電縫鋼管を得る場合には、必要とされる特性を得るためにＣｒ：１０．５〜２５％の外に以下の元素を必要量添加することが可能である。
Ｃは耐食性を低下させるために０．０３％を上限とした方がよい。特に、１５％Ｃｒ以下の場合にはマルテンサイト組織の生成を防止するために、０．０２％を上限とした方がよい。Ｓｉ及びＡｌは耐酸化性を向上させるので、それぞれ０．０５〜１．０％の添加が可能である。Ｎｉ及びＣｕは耐食性を向上させるので、それぞれ０．１〜１．０％の添加が可能である。Ｍｎは耐酸化性を低下さえるので１％以下に制限した方がいい。Ｍｏ、Ｗは耐食性を向上させ、また、高温強度を向上させるので、それぞれ０．２〜３．０％添加することが可能である。Ｎｂ、Ｔｉ及びＶは高温強度を向上させるので、それぞれ０．０１〜１．０％添加することが可能である。
更にオーステナイト系ステンレス電縫鋼管を得る場合には、必要とされる特性を得るためにＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：５〜３０％の外に以下の元素を必要量添加することが可能である。
Ｃは高温強度の向上に有効であるが耐食性を低下させるために０．０１〜０．１５％の範囲に制限した方がよい。Ｓｉ及びＡｌは耐酸化性を向上させるので、それぞれ０．０５〜５．０％の添加が可能である。Ｃｕは高温強度を向上させるので、それぞれ０．１〜３．０％の添加が可能である。Ｍｎはオーステナイト安定化に有効であるが耐酸化性を低下さえるので３％以下に制限した方がいい。Ｍｏ、Ｗは耐食性を向上させ、また、高温強度を向上させるので、０．２〜８．０％添加することが可能である。Ｎｂ、Ｔｉ及びＶは高温強度を向上させるので、それぞれ０．０１〜１．０％添加することが可能である。
また、Ｃｒ−Ｍｏ系低合金電縫鋼管を得る場合には、必要とされる特性を得るためにＣｒ：１〜９％、Ｍｏ＋Ｗ：０．５〜３．０％の外に以下の元素を必要量添加することが可能である。
Ｃは高温強度の向上に有効であるが溶接性を低下させるために０．０１〜０．２０％の範囲に制限した方がよい。Ｓｉ及びＡｌは耐酸化性を向上させるので、それぞれ０．０５〜２．０％の添加が可能である。Ｎｉは焼き入れ性を向上させるので０．０５〜１．０％の添加が可能である。Ｍｎは焼き入れ性を向上させるが耐酸化性を低下さえるので１．５％以下に制限した方がいい。Ｎｂ、Ｔｉ及びＶは高温強度を向上させるので、それぞれ０．０１〜０．５％添加することが可能である。
【００３８】
本発明鋼管の用途に関しては自動車排気系部材、発電プラント、化学プラント、機械構造、一般配管等が考えられるが、これら以外の用途に用いてもよい。
【実施例１】
【００３９】
表１に示す化学成分の鋼を溶製し、通常の熱間圧延工程によってホットコイルとし、電縫溶接ラインで表１に示す寸法に造管した。表１のＡ〜Ｃはマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管で、Ａはボイラ用鋼管ＳＴＢＡ２６に相当し、Ｂは湿潤炭酸ガス環境に優れた耐食性を示すラインパイプであり、ＣはＳＵＳ４２０相当の鋼管である。
また、表１のＤ〜Ｇはフェライト系ステンレス電縫鋼管で、ＤはＳＵＨ４０９に類似の自動車用排ガス部品に用いられる鋼管であり、ＥはＳＵＳ４４４に類似の熱交換器・温水器等に用いられる鋼管である。また、ＦはＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌに類似の自動車用排ガス部品に用いられる鋼管であり、ＧはＳＵＳ４４５Ｊ１に類似の比較的Ｃｒ量が高い鋼管である。
更に、表１のＨ〜Ｊはオーステナイト系ステンレス電縫鋼管で、ＨはＳＵＳ３０４ＴＢ相当の鋼管、ＩはＡＳＴＭ  Ａ２４０  Ｓ３１２５４に類似の耐塩化物応力腐食特性に優れる鋼管であり、ＪはＳＵＳ３１０Ｊ２ＴＢ鋼管である。
また、表１のＫ〜Ｍは低合金電縫鋼管で、Ｋ、Ｌ、ＭはそれぞれＳＴＢＡ２２、火ＳＴＢＡ２４Ｊ１、ＳＴＢＡ２５に相当する鋼管である。
【００４０】
表２に、電縫溶接の際に採用した溶接点近傍の雰囲気を示す。還元性燃焼炎および高流速非酸化性プラズマは本発明の範囲にある雰囲気である。一方、酸化性燃焼炎は、ＣＯおよびＨ２の濃度が本発明の範囲から外れた雰囲気であり、低流速非酸化性プラズマはプラズマの流速が本発明の範囲から外れた雰囲気である。また、大気とは、雰囲気制御を行わない一般的な電縫鋼管製造プロセスにおける溶接点近傍の雰囲気のことである。
【００４１】
表１と表２の組み合わせにより、表３に示す１４種類の鋼管を造管し、管の一部を切り出して、表４に示す条件で熱処理した後、シーム溶接部と１８０度反対側を長手方向に切断した後、平板に曲げ戻し、シーム溶接部がノッチ部に一致するようにして、１種類の鋼管あたり１０個のシャルピー試験片を作成した。そのシャルピー試験片に対して１６０℃でシャルピー試験を実施し、単位面積あたりの吸収エネルギー（衝撃値）および試験後の破面に存在する介在物の占有面積率、占有面積および数密度をデジタルカメラを用いた画像解析および実体顕微鏡での観察により測定した。結果を表３に示す。
【００４２】
本発明例であるＮｏ．１〜８は衝撃値が２００Ｊ／ｃｍ２を越え、電縫溶接部の靱性が良好であった。
【００４３】
それに対してＮｏ．９は雰囲気調整をしないで電縫溶接したために、介在物の占有面積率、介在物の占有面積、および１ｍｍ２あたりの介在物の数密度のいずれについても本発明の範囲を外れた比較例である。
【００４４】
Ｎｏ．１０は酸化性燃焼炎を用いたために、１ｍｍ２あたりの介在物の数密度は低かったものの、介在物の占有面積率、および介在物の占有面積が本発明の範囲を外れた比較例である。
【００４５】
Ｎｏ．１１〜１４は低流速非酸化性プラズマを用いたために、介在物の占有面積率、最も大きい介在物の占有面積、および１ｍｍ２あたりの介在物の数密度の内のいずれか１つが本発明の範囲を外れた比較例である。
【００４６】
いずれの比較例についても衝撃値が２００Ｊ／ｃｍ２を下回り、電縫溶接部の靱性が不十分であった。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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